多线程（五）：wait 和 单例设计模式

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wait 和 notify

单例设计模式

饿汉模式

懒汉模式

双重检查加锁

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前提回顾

在开始讲解单例设计模式之前，先来复习先前的知识。

上一章一共讲了以下内容：

1. 给了一个线程不安全的例子（两个线程各自增 5w 次，结果为一个小于 10w 的随机数）

2. 线程抢占式执行，执行到任何一行都可能跳出去执行其他线程的代码。

3. 多个线程同时修改一个变量

4. 修改操作不是原子的

5. 内存可见性

6. 指令重排序

对此的解决方式就是：加锁，也就是将其写在 synchronized 代码块内部。

某个线程中的某个对象调用了  synchronized 代码块 中的代码，就会照成其他线程的 阻塞。

wait 和 notify

已经写到 第五章了，我们从第二章开始就一直说线程调度是无序的，但是总有情况是想要我们写一个有序的代码，当然我们之前学过一个 方法： sleep（） ，是的，这个方法可以让线程睡眠，想要一个有序的程序，那么就只能一直睡了，这就相当于写一个 单线程了，效率并没有那么快。

（栗子） 

对于上述情况，我们需要有个人通知他，老铁 ATM 没钱，等到 ATM 中有钱了再来通知他一次，让 老铁再去 抢占。

这里就换成 方法就是 wait 和 notify 。

当第一次发现 ATM 没钱时就 wait 来告诉他， 这里没钱了，让 滑稽 1 号休息一会，等到 notify 通知他的时候，滑稽 1 号就醒过来了，继续去 ATM 机取钱。

涉及到的方法：

wait() / wait(long timeout): 让当前线程进入等待状态.（带参的方法等会再说）
notify() / notifyAll(): 唤醒在当前对象上等待的线程. （notifyAll等会再说）

注意：

wait 和 notify 都是Object方法，只要你是类对象都可以调用 wait 和 notify 

但是 内置类型（基本数据类型）不可以。

我们来写写看这个代码：

 注意，任何可能照成线程阻塞的都需要抛 异常：

 InterruptedException

我们来运行一下：

 我们来翻译一下报的异常：非法的 监视（这里指的是synchroniezd 监视器锁） 状态异常。

这个异常主要是告诉我们 需要搭配 synchroniezd 来使用。

这里的 wait 主要做三件事：

1. 解锁

2. 阻塞等待

3. 当收到通知时，就唤醒，同时尝试重新获得锁。

注意加锁的对象要和 wait 的对象是同一个。

并且，notify 也要放在 synchroniezd 中使用。

来看看代码：

 运行一下：

达到我们想要的效果了。

注意了 notify 必须要在 wait 之后 执行，才有效；如果反了，不会错，但是没有效果。

此时代码 不会被唤醒 ，不会产生其他异常。

上述代码中，虽然是 t1 先执行的，但是我们可以通过 方法来控制代码执行顺序，这就是 wait 和 notify 的功劳。

我们上面还提到了 wait 带参的方法。

wait 带参方法和 notifyAll 方法

这个参数就和 sleep 方法的参数一样，给定一个时间，在时间范围内 wait 被唤醒了就和 wait 方法一样，但是时间已经到了，wait 方法还是没有被唤醒，那么他就自己醒了。

但是无参的就是死等，等不到就一直等，倔强。

这里就相当于设了一个闹钟，时间到了被闹钟吵醒，时间没到自己就醒了。

我们使用了wait 线程就进入到了 WAITING 状态；我们wait 的初心就是让线程进入阻塞状态。

上面还有一个 notifyAll 方法，看名字就知道这个是用于唤醒所有的线程的，这个用的比较少，我们了解一下即可。

wait 和 sleep 的比较

其实理论上 wait 和 sleep 完全是没有可比性的，因为一个是用于线程之间的通信的，一个是让线程阻塞一段时间，
唯一的相同点就是都可以让线程放弃执行一段时间

当然为了面试的目的，我们还是总结下：
1. wait 需要搭配 synchronized 使用. sleep 不需要.
2. wait 是 Object 的方法 sleep 是 Thread 的静态方法

 二者初心不同：

sleep 单纯的想让线程睡一会，wait 解决线程之间的顺序控制。

带参的 wait 和 sleep 都能被提前唤醒。

单例设计模式

首先介绍一下什么叫做设计模式：

设计模式就相当于 软件开发中的棋谱，通过前辈对一些常见的场景，总结出的代码编写套路。

单例的意思就是说只能创建一个对象，不允许创建多个对象。

我们从语法上如何做出单例模式的实现。

我们要写的话，可以写出 5 ~ 6 种方法；但是我们只讲两种（在校招种一般只考这两种）：饿汉式、懒汉式。

饿汉模式（急迫）

懒汉模式（从容）

举个很简单的例子,从硬盘读取内容到显示器上,有两种方式,一种是要等一会,把所有的数据全都读到显示器上,还有一种是立即显示,一点一点读,前者是饿汉模式,后者就是懒汉模式,两者相比,当然是懒汉模式更高效了

饿汉模式

从上述例子看来，我们需要从一开始就 new 出一个对象，并且因为是单例，后面不允许再 new 出新对象。

那么我们可以在类的内部 将 构造器私有化，同时在内部实例化一个对象 ，指定为唯一的对象。

看代码：

class Singleton {
    private static Singleton instance = new Singleton();
    private Singleton() {}
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

这里的 instance 被 static 修饰，就是类的属性，在 JVM 中每个类对象只有唯一一份，那么这个属性也是唯一一份。

并且我们将构造方法 私有化，外部无法调用 这个构造方法，再提供一个 获取类对象方法。

只能通过 get 方法去获取 对象的引用。

 如上图。 

这样 单例饿汉模式就写好了。

我们每次都只是读取这个实例化对象 ，只读不会对照成线程安全问题。

懒汉模式

非必要，不创建；能不 new ，就不 new 。

我们来实现一个代码：

class SingletonLazy {
    private static SingletonLazy instance = null;
    private SingletonLazy() {}
    public static SingletonLazy getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new SingletonLazy();
        }
        return instance;
    }

}

我们先将唯一对象 设为空，只当我们需要调用 获取到实例对象引用时才 给他 new 出新对象；否则一直为空。

我们在单线程下不必考虑线程安全问题，但是在多线程下必须要考虑到线程安全问题。

这里设计到了 " 写 " 的操作，那么必然涉及到了线程安全问题。

在 getInstance 方法中 ，从 if 到 return 这一整段不是原子的，可能会产生如下情况

 看似只是多 new 了几次，如果我们 每个对象占有 100G 的内存呢，多 new 几次，后果不可估量！！！！

所以我们必须得对这段代码进行修改。

我们可以对其进行加锁操作。

为了保证这个方法是原子的，可以直接选择对这个方法加锁：

 但是这样一来，会降低整个访问的速度，而且每次都要判断。那么有没有更好的方式来实现呢？

双重检查加锁

可以使用"双重检查加锁"的方式来实现，就可以既实现线程安全，又能够使性能不受到很大的影响。那么什么是"双重检查加锁"机制呢？

所谓双重检查加锁机制，指的是：并不是每次进入getInstance方法都需要同步，而是先不同步，进入方法过后，先检查实例是否存在，如果不存在才进入下面的同步块，这是第一重检查。进入同步块过后，再次检查实例是否存在，如果不存在，就在同步的情况下创建一个实例，这是第二重检查。这样一来，就只需要同步一次了，从而减少了多次在同步情况下进行判断所浪费的时间。

双重检查加锁机制的实现会使用一个关键字volatile，它的意思是：被volatile修饰的变量的值，将不会被本地线程缓存，所有对该变量的读写都是直接操作共享内存,从而确保多个线程能正确的处理该变量。

class SingletonLazy3 {
    private static volatile SingletonLazy3 instance = null;
    private SingletonLazy3() {}
    public static SingletonLazy3 getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new SingletonLazy3();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

总结（保证懒汉式线程安全的方法）：

1.加锁,保证if和new是原子的

2.双重if判定,防止不必要的加锁

3.加volatile关键字,禁止指令重排序,保证后面的线程拿到的是完整的对象

饿汉模式:是天然线程安全的,涉及到读操作

懒汉模式:不安全,需要操作把它边安全

单例设计模式就到这里，下一章继续多线程的其他案例。